CN207875808U - 一种可越障的爬壁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可越障的爬壁机器人，包括：本体支架、吸附机构、垂直运动机构、悬架机构和行走轮；吸附机构的数量至少为两组，垂直运动机构的数量与吸附机构的数量相对应，每个吸附机构均通过相应的垂直运动机构与本体支架相连接；若干行走轮均通过悬架机构与本体支架相连接，通过行走轮能够实现所述可越障的爬壁机器人的移动；本体支架能够支撑所述可越障的爬壁机器人的垂直运动机构和悬架机构。本实用新型的可越障的爬壁机器人可在垂直或倾斜壁面上自由行走，具有较强的越障能力，具有较好的协调性和平稳性，具有较强的负载能力，可应用在多个领域。

Description

一种可越障的爬壁机器人

技术领域

本实用新型属于爬壁机器人领域，特别涉及一种可越障的爬壁机器人。

背景技术

爬壁机器人是指能够在垂直壁面等环境中进行作业的机器人，它作为高空极限作业的一种自动化机械装置，给人类及工业的发展带来了很大的好处，其主要用于：

1.探测：对桥梁、核电站、管道、太阳能发电站、大型油漆罐等大型物体进行探测工作；

2.检测：对风力发电、化工等方面的无损检测；

3.建筑：建筑物的修复和维护等；

4.清洁：高楼玻璃幕墙、大型壁面、吊顶等方面的清洁工作；

5.运输：建筑物内部的运输，例如消防部门采用机器人传递救助物资进行救援工作。

现今爬壁机器人的研究主要有以下几个方面：

1.永磁履带式爬壁机器人，采用镶嵌有永磁吸附履带作为移动机构，但是这种机器人只能在磁性壁面进行作业，作业范围局限性较大；

2.真空吸盘式爬壁机器人，采用负压吸附、吸盘交替工作的方式实现机器人的吸附与移动，但是这种机器人只能适用于平滑壁面，无越障功能；

3.绳索牵引式爬壁机器人，机器人本体无移动功能，通过绳索配合轨道实现机器人的移动，但这种机器人需要牵引装置和轨道，大大加大了制造难度和成本，同时其应用范围也局限于类似可放置轨道如高楼等工作环境；

4.多足爬壁机器人，采用腿足式移动机构，足端为带有裙边的铰接式真空吸盘，通过多足的交替工作移动，但是这种机器人稳定性差同时控制复杂。

综上所述，现有的工业爬壁机器人的行走机构多是磁吸附的轮式、履带式或轮履式，其普遍存在的问题是：不具备越障移动功能或越障移动能力较差，作业运动中的姿态和运动协调性较差，不能满足复杂轨迹连续运动平稳性和姿态要求；另外，其负载也较低，不具备高负载作业能力，从而导致了目前的爬壁机器人应用范围不广泛。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可越障的爬壁机器人，以解决上述存在的技术问题。本实用新型的可越障的爬壁机器人可在垂直或倾斜壁面上自由行走，具有较强的越障能力，具有较好的协调性和平稳性，具有较强的负载能力，可应用在多个领域。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种可越障的爬壁机器人，包括：本体支架、吸附机构、垂直运动机构、悬架机构和行走轮；吸附机构的数量至少为两组，垂直运动机构的数量与吸附机构的数量相对应，每个吸附机构均通过相应的垂直运动机构与本体支架相连接，通过每个吸附机构均能够将所述可越障的爬壁机器人吸附在壁面上，通过垂直运动机构能够带动连接的吸附机构靠近和远离壁面，吸附机构能够交替将所述可越障的爬壁机器人吸附在壁面上；若干行走轮均通过悬架机构与本体支架相连接，通过行走轮能够实现所述可越障的爬壁机器人的移动；本体支架能够支撑所述可越障的爬壁机器人的垂直运动机构和悬架机构。

进一步的，吸附机构包括吸盘支架和气动吸盘；若干气动吸盘均匀安装在吸盘支架上。

进一步的，每个吸附机构的吸盘支架上安装有14个气动吸盘，气动吸盘由弹性材料制成，气动吸盘能够与壁面紧密贴合；气动吸盘均通过管道与抽真空设备相连通。

进一步的，垂直运动机构包括气缸；气缸垂直设置于本体支架与吸附机构之间，气缸的缸筒端与本体支架连接，气缸的活塞端与吸附机构相连接，通过活塞的伸缩能够实现吸附机构相对于壁面的垂直运动。

进一步的，每个悬架机构均包括减振器、轮毂立柱和若干横臂；减振器的两端分别与本体支架和横臂相连接；每个横臂的两端分别与本体支架和轮毂立柱相连接，轮毂立柱上安装有行走轮。

进一步的，横臂的数量为两个，包括上横臂和下横臂；减振器的两端分别与本体支架和悬架机构的上横臂相连接；上横臂和下横臂的一端均通过销轴和耳座与本体支架相连接，另一端均通过球头轴承与轮毂立柱相连接，轮毂立柱通过车轮轴与行走轮相连接，上横臂和下横臂配合减振器能够满足所述可越障的爬壁机器人越障时行走轮的跳动。

进一步的，车轮轴与轮毂立柱之间安装有轴承，车轮轴与轴承内圈通过键的方式连接。

进一步的，行走轮包括轮毂、轮毂电机及轮胎；轮毂通过车轮轴与悬架机构相连接，轮毂上安装有轮毂电机和轮胎，通过轮毂电机能够驱动行走轮转动，通过行走轮转动能够带动所述可越障的爬壁机器人移动和转向。

进一步的，所述爬壁机器人包括两组吸附机构、两组垂直运动机构、一个本体支架、两组悬架机构和两组行走轮，两组吸附机构分别连接两组垂直运动机构，两组垂直运动机构连接本体支架，本体支架连接两组悬架机构，两组悬架机构分别连接行走轮；每组吸附机构包括14个气动吸盘和1个吸盘支架，气动吸盘均安装于吸盘支架上，气动吸盘均与抽真空设备相连通，通过吸附机构能够使所述爬壁机器人吸附在壁面上；每组垂直运动机构包括一组气缸，气缸包括1个垂直气缸的活塞和1个垂直气缸的缸筒，通过垂直运动机构能够提升吸附机构，使吸附机构越过障碍；本体支架能够支撑垂直运动机构及悬架机构；每组悬架机构包括4个悬架横臂吊耳、2个减振器吊耳、1个下横臂、1个上横臂、1个减振器、1个轮毂立柱和2组球头轴承；分别设置与本体支架的两侧，每组行走轮包括1个轮胎、1个轮毂、1个轮毂电机和1个车轮轴，通过行走轮能够带动所述爬壁机器人移动，通过控制轮毂电机的转速可实现所述爬壁机器人的转向。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的可越障的爬壁机器人，本体支架作为支撑骨架，具有较强的负载能力，吸附机构在垂直运动机构的带动下交替抬起，未抬起的吸附机构提供吸附力，将爬壁机器人吸附在壁面上，抬起的吸附机构在行走轮带动整个爬壁机器人移动的同时越过障碍。通过垂直运动机构能够使吸附机构具有较大的上升空间，使爬壁机器人具有较强的越障能力。通过吸附机构的交替工作使得整个爬壁机器人具有较好的协调性。在越障时，悬架机构能够满足行走轮的上下跳动，使整个爬壁机器人具有较好的平稳性、稳定性和位姿。本实用新型的爬壁机器人应用灵活，具有广泛的应用空间。本实用新型可以代替人工进行相应的作业，其安全性、可靠性、经济实用性及应用前景较好。

进一步的，为了实现越障机器人在吸附在壁面上的基础上再进行移动，每组吸附机构上均匀设置有若干个气动吸盘，每个气动吸盘均独立工作，保证了吸附机构工作的稳定性和安全性。

进一步的，每个吸附机构上均匀布置有14个气动吸盘，若爬壁机器人需在无障碍的平滑壁面上移动，则气动吸盘全部工作使爬壁机器人整体吸附在壁面上，通过行走轮的转动实现爬壁机器人的整体移动；若其中某一个或两个吸盘出现意外情况，如吸附位置为两块玻璃的交界处，吸盘因不能形成有效真空空间而失去吸附能力，其他吸盘依然能正常工作，不会影响整个机器人正常工作。若爬壁机器人工作壁面会出现一定数量的障碍凸起或凹陷，吸附机构交替工作以使爬壁机器人越过障碍。气动吸盘由弹性材料制成有利于气动吸盘与壁面的紧密贴合。通过抽真空设备能够改变气动吸盘内的气压。

进一步的，气缸的缸筒端与本体支架连接，气缸的活塞端与吸附机构相连接。驱动气缸时，通过活塞的伸出和缩回，能够实现吸附机构贴紧和脱离壁面，也能够根据障碍的高度调节吸附机构抬起的高度，有助于快速通过障碍，也进一步提高了爬壁机器人的越障能力。

进一步的，通过悬架机构能够适应越障时行走轮的跳动，进一步增强爬壁机器人在越障时的平稳性和稳定性。

进一步的，双横臂悬架能进一步提高机器人的越障能力。

进一步的，通过控制两个行走轮的轮毂电机转速及转向可实现爬壁机器人的转向及前进后退，操作灵活，可扩大爬壁机器人的应用范围。

附图说明

图1为本实用新型的一种可越障的爬壁机器人的立体结构示意图；

图2为本实用新型的一种可越障的爬壁机器人的正视结构示意图；

图3为图2的俯视结构示意图；

图4为图2的左视结构示意图；

图5为本实用新型的一种可越障的爬壁机器人的越障原理的流程图；其中，图5中(a)为爬壁机器人遇到障碍的示意图，图5中(b)为爬壁机器人后端吸附机构吸附在壁面上前端吸附机构抬起越过障碍的示意图，图5中(c)为前端吸附机构已经越过障碍并吸附在壁面上后端吸附机构抬起将越过障碍的示意图，图5中(d)为爬壁机器人整体越过障碍的示意图。

图1至图5中，1吸附机构；1-1气动吸盘；1-2吸盘支架；2垂直运动机构；2-1活塞；2-2缸筒；3本体支架；4悬架机构；4-1横臂吊耳；4-2下横臂；4-3上横臂；4-4减振器；4-5轮毂立柱；4-6球头轴承；5行走轮；5-1轮胎；5-2轮毂；5-3轮毂电机；5-4车轮轴；6凸起障碍。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，其中，关于方位的解释说明与描述参考本实用新型的说明书附图。

参考图1至图4，本实用新型的一种可越障的爬壁机器人，包括两组吸附机构1、两组垂直运动机构2、两组悬架机构4、两组行走轮5和1个本体支架3，吸附机构1连接垂直运动机构2，垂直运动机构2连接本体支架3，本体支架3连接悬架机构4，悬架机构4连接行走轮5。本体支架3负责支撑垂直运动机构2及悬架机构4。两组吸附机构1分别设置在本体支架3底部的上下两端，两组行走轮5分别设置在本体支架3的左右两侧。

每组吸附机构1包括14个气动吸盘1-1和1个吸盘支架1-2，能够使整个爬壁机器人吸附在壁面上；要保证28个气动吸盘1-1材料有一定弹性，当在平面壁面上移动时，保证其最下端在同一平面；当壁面有凹陷或凸起时，保证其下端能与壁面紧密贴合。

每组垂直运动机构2包括1组相对于本体支架3和吸盘支架1-2垂直设置的气缸，能够提升吸附机构1以越过障碍。垂直气缸活塞2-1通过螺栓与气动吸盘1-1支架固定，垂直气缸缸筒2-2通过螺栓与本体支架3固定。

每组悬架机构4包括上横臂4-3、下横臂4-2、减振器4-4和轮毂立柱4-5，上横臂4-3和下横臂4-2均通过球头轴承4-6与轮毂立柱4-5相连接，上横臂4-3和下横臂4-2均通过横臂吊耳4-1与本体支架3连接，减振器4-4两端分别通过减振器4-4吊耳与本机支架和上横臂4-3连接。双横臂悬架能最大限度的满足机器人的越障能力，能够使整个机器人越过障碍。

每组行走轮5包括轮毂5-2、轮毂电机5-3及轮胎5-1，能够使整个机器人的移动和转向。悬架机构4通过螺栓与本体支架3连接，行走轮5通过键与悬架机构4连接。车轮轴5-4与轮毂立柱4-5轴承内圈通过键紧固。

本实用新型的爬壁机器人在无障碍的平滑壁面上，两组吸附机构1的气动吸盘1-1全部工作，将爬壁机器人整体吸附在壁面上，通过行走轮5的转动及转向在壁面上移动；当遇到障碍时，通过两组气缸的交替工作将爬壁机器人本体吸附在壁面上，同时通过行走轮5的驱动平稳通过障碍。通过控制两个行走轮5的轮毂电机5-3转速及转向可实现爬壁机器人的转向及前进后退，操作灵活，扩大了应用范围。

目前的壁面大多与地面垂直或有一定的斜度，表面由光滑的玻璃或墙壁组成，使爬壁机器人能够在垂直或带斜度的壁面上自由移动，主要需要解决的就是重力问题。本实用新型采用吸附机构1将爬壁机器人吸附在壁面上，并通过行走轮5的转动完成爬壁机器人整体的移动，同时通过悬架机构4和垂直运动机构2的配合完成越障，其移动过程平稳且移动速度可调。与现阶段运用最广泛的人工处理壁面工作相比，本实用新型的装置可以完全取代人工高强度且高危险性的工作，其安全性、可靠性及其经济实用性更好。

为了实现爬壁机器人在吸附在壁面上的基础上再进行移动的工作实况，吸附机构1采用上下两组各14个气动吸盘1-1的布局，若爬壁机器人需在平滑的壁面上移动，则28个气动吸盘1-1全部工作使机器人整体吸附在壁面上，通过行走轮5的转动实现机器人整体的移动，同时通过控制两个轮毂电机5-3的速度实现机器人整体的转向。若其中某一个或两个吸盘出现意外情况，如吸附位置为两块玻璃的交界处，吸盘因不能形成有效真空空间而失去吸附能力，其他吸盘依然能正常工作，不会影响整个机器人正常工作。若机器人工作壁面会出现一定数量的障碍凸起或凹陷，两组气动吸盘1-1交替工作以使机器人越过障碍。

为了提高爬壁机器人的避障能力，垂直运动机构2中的气缸可将吸附机构1提升足够的高度，悬架机构4可使行走轮5在一定范围内上下跳动。

本实用新型采用气动吸盘1-1使爬壁机器人与壁面吸附，若干气动吸盘1-1分布均匀且分别工作，与单吸盘爬壁机器人相比，本实用新型结构更加稳定且大大增加了安全性，若某一吸盘失去吸附力，其他吸盘足够满足继续工作的要求；采用双横臂悬架，使得爬壁机器人能有较强的越障能力，具有较广泛的应用范围，而履带式爬壁机器人只能在无障碍的壁面上移动，局限性大；与气缸式爬壁机器人相比，本实用新型移动速度快，转向简单，且可以倒退移动，工作效率高；与绳索牵引式机器人和固定轨道式自动清洗机器人相比，本实用新型不需要牵引装置和轨道，大大降低了制造难度和成本；与多吸盘履带式真空吸附爬壁机器人相比，本实用新型结构简单且大大降低了重量，提高了整体稳定性且更加节省材料与能源。

爬壁机器人在无障碍的平滑壁面上的移动过程：

具体地，爬壁机器人向上/下移动时，需以下2步：(1)两组共28个气动吸盘1-1同时工作，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压使其与壁面吸紧；(2)轮毂电机5-3工作，带动机器人本体向上/下移动。

具体地，爬壁机器人向左/右移动时，需以下3步：(1)两组共28个气动吸盘1-1同时工作，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压使其与壁面吸紧；(2)通过控制两个轮毂电机5-3的相对速度完成90度转向；(3)机器人本体向左/右移动。

参考图5，爬壁机器人在有障碍的壁面上的越障过程，图5中附图的左侧为前端，右侧为后端，下面以向左移动越障为例：

具体包括以下步骤：(1)后端14个气动吸盘1-1工作，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压使其与壁面吸紧；(2)前端14个气动吸盘1-1停止工作，平稳地充气进真空吸盘内，使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍为正的气压，使得吸盘脱离壁面；(3)前端垂直气缸工作，活塞2-1缩回带动前端气动吸盘1-1上升到可通过障碍的高度；(4)轮毂电机5-3工作，带动机器人向前移动直到前端吸盘组全部通过障碍，通过障碍时悬架工作；(5)前端垂直气缸工作，活塞2-1伸出直到气动吸盘1-1下表面接触壁面；(6)前端14个气动吸盘1-1工作，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压使其与壁面吸紧；(7)后端14个气动吸盘1-1停止工作，平稳地充气进真空吸盘内，使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍为正的气压，使得吸盘脱离壁面；(8)后端垂直气缸工作，活塞2-1缩回带动后端气动吸盘1-1上升到可通过障碍的高度；(9)轮毂电机5-3工作，带动机器人向前移动直到整个机器人通过障碍；(10)后端垂直气缸工作，活塞2-1伸出直到气动吸盘1-1下表面接触壁面；(11)后端14个气动吸盘1-1工作，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压使其与壁面吸紧。通过以上11步动作，可使得爬壁机器人平稳的越过障碍；(12)轮毂电机5-3工作，带动所述爬壁机器人移动直到所述爬壁机器人遇到下一个障碍；(13)重复步骤(1)至(12)。通过上述步骤可实现爬壁机器人的平稳快速越障。

Claims (9)

1.一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，包括：本体支架(3)、吸附机构(1)、垂直运动机构(2)、悬架机构(4)和行走轮(5)；

吸附机构(1)的数量至少为两组，垂直运动机构(2)的数量与吸附机构(1)的数量相对应，每个吸附机构(1)均通过相应的垂直运动机构(2)与本体支架(3)相连接，通过每个吸附机构(1)均能够将所述可越障的爬壁机器人吸附在壁面上，通过垂直运动机构(2)能够带动连接的吸附机构(1)靠近和远离壁面，吸附机构(1)能够交替将所述可越障的爬壁机器人吸附在壁面上；

若干行走轮(5)均通过悬架机构(4)与本体支架(3)相连接，通过行走轮(5)能够实现所述可越障的爬壁机器人的移动；

本体支架(3)能够支撑所述可越障的爬壁机器人的垂直运动机构(2)和悬架机构(4)。

2.根据权利要求1所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，吸附机构(1)包括吸盘支架(1-2)和气动吸盘(1-1)；若干气动吸盘(1-1)均匀安装在吸盘支架(1-2)上。

3.根据权利要求2所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，每个吸附机构(1)的吸盘支架(1-2)上安装有14个气动吸盘(1-1)，气动吸盘(1-1)由弹性材料制成，气动吸盘(1-1)能够与壁面紧密贴合；气动吸盘(1-1)均通过管道与抽真空设备相连通。

4.根据权利要求1所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，垂直运动机构(2)包括气缸；气缸垂直设置于本体支架(3)与吸附机构(1)之间，气缸的缸筒(2-2)端与本体支架(3)连接，气缸的活塞(2-1)端与吸附机构(1)相连接，通过活塞(2-1)的伸缩能够实现吸附机构(1)相对于壁面的垂直运动。

5.根据权利要求1所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，每个悬架机构(4)均包括减振器(4-4)、轮毂立柱(4-5)和若干横臂；减振器(4-4)的两端分别与本体支架(3)和横臂相连接；每个横臂的两端分别与本体支架(3)和轮毂立柱(4-5)相连接，轮毂立柱(4-5)上安装有行走轮(5)。

6.根据权利要求5所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，横臂的数量为两个，包括上横臂(4-3)和下横臂(4-2)；减振器(4-4)的两端分别与本体支架(3)和悬架机构(4)的上横臂(4-3)相连接；上横臂(4-3)和下横臂(4-2)的一端均通过销轴和耳座与本体支架(3)相连接，另一端均通过球头轴承(4-6)与轮毂立柱(4-5)相连接，轮毂立柱(4-5)通过车轮轴(5-4)与行走轮(5)相连接，上横臂(4-3)和下横臂(4-2)配合减振器(4-4)能够满足所述可越障的爬壁机器人越障时行走轮(5)的跳动。

7.根据权利要求6所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，车轮轴(5-4)与轮毂立柱(4-5)之间安装有轴承，车轮轴(5-4)与轴承内圈通过键的方式连接。

8.根据权利要求1所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，行走轮(5)包括轮毂(5-2)、轮毂电机(5-3)及轮胎(5-1)；轮毂(5-2)通过车轮轴(5-4)与悬架机构(4)相连接，轮毂(5-2)上安装有轮毂电机(5-3)和轮胎(5-1)，通过轮毂电机(5-3)能够驱动行走轮(5)转动，通过行走轮(5)转动能够带动所述可越障的爬壁机器人移动和转向。

9.根据权利要求1所述的一种可越障的爬壁机器人，其特征在于，所述爬壁机器人包括两组吸附机构(1)、两组垂直运动机构(2)、一个本体支架(3)、两组悬架机构(4)和两组行走轮(5)，两组吸附机构(1)分别连接两组垂直运动机构(2)，两组垂直运动机构(2)连接本体支架(3)，本体支架(3)连接两组悬架机构(4)，两组悬架机构(4)分别连接行走轮(5)；

每组吸附机构(1)包括14个气动吸盘(1-1)和1个吸盘支架(1-2)，气动吸盘(1-1)均安装于吸盘支架(1-2)上，气动吸盘(1-1)均与抽真空设备相连通，通过吸附机构(1)能够使所述爬壁机器人吸附在壁面上；

每组垂直运动机构(2)包括一组气缸，气缸包括1个垂直气缸的活塞(2-1)和1个垂直气缸的缸筒(2-2)，通过垂直运动机构(2)能够提升吸附机构(1)，使吸附机构(1)越过障碍；

本体支架(3)能够支撑垂直运动机构(2)及悬架机构(4)；

每组悬架机构(4)包括4个悬架横臂吊耳(4-1)、2个减振器(4-4)吊耳、1个下横臂(4-2)、1个上横臂(4-3)、1个减振器(4-4)、1个轮毂立柱(4-5)和2组球头轴承(4-6)；

分别设置与本体支架(3)的两侧，每组行走轮(5)包括1个轮胎(5-1)、1个轮毂(5-2)、1个轮毂电机(5-3)和1个车轮轴(5-4)，通过行走轮(5)能够带动所述爬壁机器人移动，通过控制轮毂电机(5-3)的转速可实现所述爬壁机器人的转向。